1 引言
众所周知,地球上煤炭、石油和天然气等矿物能源的蕴藏量是有限的,人类赖以生存、发展的能源总有一天要枯竭,并且不断增长的能源消耗所造成的环境污染和安全问题已经成为社会的主要突出矛盾。水力和核能是目前除化石燃料之的主要能源利用形式,虽然水力不存在烟气和放射性污染,但建设水电站对生态环境造成的影响和破坏却不可低估,核电站的辐射安全和核燃料棒废料以及辐照报废设备的处理更是令人头疼的问题。无论从人类将来的能源危机,或是眼前的环境污染问题来看,研究开发风能、太阳能和潮汐能等新能源已成为当前人类十分迫切的需求。
在它们中间,研发风力发电技术具有特别重要的意义,因为地球上蕴藏的风力资源十分丰富,而且风力发电是目前新能源中技术最成熟、最具规模化发展前景的可再生能源,风电发展越来越受到各方的高度重视。目前全球风电装机容量以每年百分之二十八的速度增长。开发利用风力资源,需要许多高新技术,特别是电力电子技术以及自动控制技术的支持。将最新的电力电子技术和自动化技术应用于风力发电系统中,将提高风力发电的效率和电力变换质量,降低风电的成本,使得清洁可再生能源逐步替代传统的矿物燃料,以改善人类生存的环境,提高人们的生活质量,具有重大的经济效益和社会效益。
2 风力发电简介
2.1 风力发电机组的组成
风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成。风轮通过叶片捕获风能,是吸收风能并将其转换成机械能的部件;发电机实现机械能一电能转换。由于异步发电机结构简单、运行可靠,目前陆地风场的风力发电几乎均采用异步发电机。
发电机所发出的电能有两种处理方式:可以直接给负载供电或并入电网;也可以通过储能设备进行蓄能,再由电能变换单元将储能设备输出的直流电转换成交流电,然后再供给负载或并网。锗能设备作为中间环节不仅可以将能量储存起来,还兼有稳定电压的功能,这样对负载供电更平稳,对电网的冲击亦可减小。
风力发电机组的控制系统是综合性控制系统,不仅要监视电网、风况和机组运行参数,对机组进行并网、脱网控制,以确保运行过程的安全性和可靠性,而且还要根据风速、风向的变化,对机组进行优化控制,以提高机组韵运行效率和发电量。
2.2对风力发电控制系统的要求
在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下,获得较稳定的电压输出,以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点,又要考虑到用户的需要,达到实用、可靠、经济的运行效果,关键环节之一就是要有个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。
2.3风电控制系统的发展历程